Published February 18, 2022
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Journal article
Performing Energy-Efficient Pick-and-Place Motions for High-Speed Robots by using Variable Stiffness Springs
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- Laboratoire des Sciences du Numérique de Nantes (LS2N) ; Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique) ; Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Nantes Université - École Centrale de Nantes (Nantes Univ - ECN) ; Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes université - UFR des Sciences et des Techniques (Nantes univ - UFR ST) ; Nantes Université - pôle Sciences et technologie ; Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université - pôle Sciences et technologie ; Nantes Université (Nantes Univ)
- Nantes Université - École Centrale de Nantes (Nantes Univ - ECN) ; Nantes Université (Nantes Univ)
- Autonomie des Robots et Maîtrise des interactions avec l'ENvironnement (LS2N - équipe ARMEN) ; Laboratoire des Sciences du Numérique de Nantes (LS2N) ; Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique) ; Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Nantes Université - École Centrale de Nantes (Nantes Univ - ECN) ; Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes université - UFR des Sciences et des Techniques (Nantes univ - UFR ST) ; Nantes Université - pôle Sciences et technologie ; Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université - pôle Sciences et technologie ; Nantes Université (Nantes Univ)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique) ; Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Nantes Université - École Centrale de Nantes (Nantes Univ - ECN) ; Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes université - UFR des Sciences et des Techniques (Nantes univ - UFR ST) ; Nantes Université - pôle Sciences et technologie ; Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université - pôle Sciences et technologie ; Nantes Université (Nantes Univ)
- Intelligence artificielle et algorithmes efficaces pour la robotique autonome (ACENTAURI) ; Inria Sophia Antipolis - Méditerranée (CRISAM) ; Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Signal, Images et Systèmes (Laboratoire I3S - SIS) ; Laboratoire d'Informatique, Signaux, et Systèmes de Sophia Antipolis (I3S) ; Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)-Laboratoire d'Informatique, Signaux, et Systèmes de Sophia Antipolis (I3S) ; Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)
Description
Typically, for pick-and-place robots operating at high speeds, an enormous amount of energy is lost during the robot braking phase. This is due to the fact that, during such operational phase, most of the energy is dissipated as heat on the braking resistances of the motor drivers. In order to increase the energy-efficiency during the high-speed pick-andplace cycles, this paper investigates the use of variable stiffness springs (VSS) in parallel configuration with the motors. These springs store the energy during the braking phase, instead of dissipating it. The energy is then released to actuate the robot in a next displacement phase. This design approach is combined with a motion generator which seeks to optimize trajectories for input torques reduction (and thus of energy consumption), through solving a boundary value problem (BVP) based on the robot dynamics. Experimental results of the suggested approach on a five-bar mechanism show the drastic reduction of input torques, and therefore of energetic losses.
Abstract
International audienceAdditional details
Identifiers
- URL
- https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-03457432
- URN
- urn:oai:HAL:hal-03457432v1
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- UNICA